此後的 5 月 7、8 兩日,英、美、法、意、比五國公使先後向北京政府提出抗議。美國國防部長甚至向國務卿建議出兵中國,日本雖無僑民被擄,但日本報紙卻趁機鼓吹國際聯軍共管中國鐵路。5月9日,五國公使限北京政府三天內救出全部人質,否則每隔一天必須增加賠款數目。當時的曹錕政府又驚又怕,下令把山東督軍田中玉、省長熊炳琦交陸軍、內務兩部議處,借此對輿論界有所交代。同時又派田中玉等親往棗莊與組織這次綁架的匪首孫美瑤談判。
孫美瑤是山東藤縣人,當時年僅26歲。他家本為小康之家,地方紳董,因受土匪及官兵兩方逼壓,在大哥孫美珠的帶領下,燒掉祖宅,一家人上山落草。孫美珠拉起了一支土匪隊伍。這支隊伍剛建立的時候,廣東革命政府為利用他,頒給“山東建國自治軍”的番號和關防,委任孫美珠為總司令,還派在日本學過軍事的老同盟會員去充當孫部參謀長。後來,奉、皖係見這支隊伍可以利用,也前往拉攏。連日本關東軍也派伊藤集吉進入這支隊伍,為孫美珠出謀劃策。而直係的北京政府為防止孫部繼續壯大以成後患,便派山東督軍田中玉為剿匪總司令,率部剿除孫美珠及其所率部眾。雙方經過激戰,孫美珠中彈身亡。其屬下便推其弟孫美瑤繼任匪首,並公開打出了“山東建國自治軍”的旗號。孫美瑤一心為兄報仇,卻又無計打破官軍圍剿,反被官軍步步進逼,陷入走投無路的境地。於是,他決定孤注一擲,搶劫列車,以外國人作為人質,使北洋政府不敢輕易對其下手。
劫車事件發生後,由於外交使團害怕危及外俘生命安全,堅決主張與土匪講和。田中玉及美國公使、各國領事等也來到了棗莊。田中玉還特意從濟南調來一千五百人的軍隊,以便自衛。
5月15日,雙方第一次談判開始。孫美瑤提出三個條件:政府軍撤回原防;收編土匪為一旅,以孫美瑤為旅長;補充軍火。官方接受了前麵兩條,同時提出分三批釋放外俘。雙方簽字時,孫方提出要求外國人和附近三縣紳士一同簽字擔保官方履行條約,以防官方背盟。但第二天,孫美瑤反悔,又提出了更高的要求。北京公使團對此非常著急,他們要求北京政府盡全力和平解決,不能傷及外國人生命。這樣,雙方又開始了第二次的談判。幾經周折,在北京政府軟硬兼施、威逼利誘的雙重壓力下,孫美瑤終於同意放人,而政府方麵也派人送來軍服二千套、糧草若幹以示安慰,並許諾孫美瑤部中無論男女老幼,一律免死。不願入伍的,放下槍械,帶上個人財物回家。爾後,孫美瑤釋放了全部人質。臨城劫車案危機暫告一段落。
對於臨城劫車案的性質,長期以來存在分歧。由於孫美瑤集團同多種政治勢力甚至外國勢力相聯係,使得案件的背景十分複雜,其性質究竟屬“土匪搶劫”、“農民起義”,還是“帝國主義插手的軍閥政客的爭奪陰謀”,目前尚有異議。至於劫車案發生的原因,也是說法不一。有人提出,劫車製造國際事端的主意是安福係智囊人物徐樹錚同日本關東軍代表伊藤集吉合謀的,且日本人是主謀。因為平時乘坐津浦線特快列車的日本人很多,唯獨案發時列車上沒有,這一點不能不令人生疑。其真情究竟如何,尚待進一步的探討。